温度调控多巴胺仿生构筑超疏水材料及其在油水分离中的应用

近年来,仿生制备表面具有特殊浸润性(例如:超疏水、超亲油等)的功能材料,引起了人们极大研究兴趣。特别是将贻贝仿生学与荷叶表面超疏水特性相结合,构筑出具有表面超疏水结构的材料,并应用于油水分离的研究。但目前多数研究工作主要是利用多巴胺氧化自聚合对基材表面进行仿生修饰,并后续引入其它无机纳米颗粒;或者是在仿生修饰过程中加入特殊功能试剂参与调控多巴胺氧化自聚合的过程,最终在基材表面形成类似于荷叶表面微/纳粗糙的分级结构;最后再通过引入低表面能的物质,形成具有超疏水的表面。这势必会造成整个制备过程费用昂贵、耗时低效。如果能够借助多巴胺仿生修饰直接在基材表面形成分级结构,这将能够非常高效的在不同材料的表面实现超疏水。

针对这一问题,陕西师范大学邓字巍教授课题组与牛津大学彭勃博士合作,通过温度调控多巴胺氧化自聚合,在不同类型、不同维度的基材表面一步法实施多材料表面的多巴胺仿生修饰,并成功构筑出分级结构。通过引入低表面能物质,最终形成超疏水表面材料。

该研究团队研究表明:在弱碱性水介质环境中,多巴胺能够发生氧化自聚合形成具有黏附特性的聚多巴胺微球。通常调控反应温度,附着表面的分级微结构可以得到有效的调控。 通过后疏水修饰,最终实现基材表面可控的超疏水化。省略了以往表面仿生超疏水化,需要引入其它纳米粒子修饰或特殊试剂步骤。利用上述方法,该研究团队对多种多孔材料(例如:密胺泡沫,不锈钢钢网等)进行超疏水化处理。此类材料被广泛应用于不同种类的油水分离应用,表现出优良的分离效率,材料的循环利用效率以及长效的稳定性能。该研究工作提供了一种简便有效的仿生方法构筑超疏水表面,为超疏水材料的制备与应用提供了一种新思路。相关结果发表在Advanced Materials Interfaces(DOI: 10.1002/admi.201600727)上。

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